进入21世纪以来，国内外油气勘探开发不断向深层—超深层拓展。中国石油基于中国东、西部地区温压场的变化及勘探实践，明确了“深层”内涵，深层既有深度含义，又有地层概念。按此定义，东部地区埋深3500~4500m或前新生界为深层，埋深大于4500m为超深层^[1-5]。松辽盆地的徐深气田、长岭气田，渤海湾盆地的渤中19-6气田均属此范畴，它们的发现改变了断陷盆地“富油贫气”的传统认识，为中国东部老油区深层天然气勘探提供了借鉴与信心^[6-10]。

辽河坳陷自开展勘探至20世纪末，储量发现多集中于中—浅层，以油和溶解气为主。“十五”以来，以国内成功经验为导引，通过区域地质规律的深入剖析，加强了深层领域的研究与探索，陆续在陆上的西部凹陷、大民屯凹陷基岩和东部凹陷火成岩两类地质体中实现了突破，马古1井（3844.83~4081m太古宇变质岩）和驾探1井（4360~4396m沙河街组三段火成岩）获高产气流。碎屑岩也有发现，双兴1井在5028.7~5060.7m获日产3.9×10⁴m³的工业气流，证实了成熟—高成熟天然气资源的存在。

东部滩海构造条件极其复杂，自20世纪90年代开展油气勘探以来，多家单位从不同角度进行分析与研究，均未能形成统一认识，深层构造及其成因这个油气勘探的首要问题一直未能很好解决。加之，受资料条件及“深层难以形成较好储层”传统观念的制约，原始湖盆结构、资源品质及潜力无明确定位，油气成藏基本特征浅中深层未成系统，以至于“十二五”至“十三五”先后实施的葵深1、月探1、月海1等深层探井未取得实质性突破。

“十四五”以来，通过地震资料重建，强化了原始湖盆恢复，以及生烃演化序列、成藏机理研究，于2022年在葵花岛构造带部署实施了风险探井葵探1井，主探中古生界及沙河街组，兼探东营组三段等深层天然气藏，完钻井深为5835m（Mz未穿）。该井揭露5套含气层，地质层位纵贯两界（Mz、Kz）、三系（J、K、E）、四组（J₃xd、K₁l、E₂s、E₃d）、五段（J₃xd^下、K₁l^上、E₂s₃、E₂s₁、E₃d₃），其中，中生界和沙河街组的4套气层为葵花岛构造带首次发现。气层埋深3616.7~5835m，累计厚度超300m，含气幅度为2100m。中生界、沙三段、东三段测试均获高产气流（受限于海域施工期，未能全井段系统试气）。小东沟组5658~5835m试油获日产近20×10⁴m³的高产气流，在埋深和层位两个层次概念实现了深层—超深层天然气的突破与发现。

辽河坳陷位于渤海湾盆地东北隅，按大地构造区划，可进一步划分为“三凸三凹”6个二级构造单元（图 1），其形成演化受控于郯庐断裂，该断裂于辽河段呈北东向展布，发育两个分支。西部分支——台安—大洼断裂主控西部凹陷，东部分支——营口—佟二堡断裂为主支，主控东部凹陷。新生代各时期东部分支活动强度均大于西部分支，造成东部凹陷深度大于西部和大民屯两凹陷，西部凹陷保留了显著的箕状特征，东部凹陷晚期改造作用更加强烈，现今构造形态难以辨识原始湖盆结构，构造较前述两凹陷更加复杂，这也是截至目前辽河东部凹陷勘探和油气发现程度明显低于前述两大凹陷的主因。

图 1

图 1 辽河坳陷构造纲要图 Fig. 1 Structural outline of Liaohe Depression

东部滩海作为东部凹陷南部的海水覆盖部分，其构造地质背景与陆上基本一致，基底以古生界和中生界为主。新生界沉积充填序列完整，自下而上依次为古近系、新近系、第四系，古近系、新近系为主要构造层，主要发育冲积扇—扇三角洲（近岸水下扇）—湖泊和河流—三角洲（辫状河三角洲）—湖泊两类沉积体系。滩海段控凹断裂（燕南断层）活动强度大，受其影响各构造层沉积厚度均大于陆上，东营组最大埋深超4000m，古近系底界近万米。受地质认识程度和海域经济下限值高等因素限制，勘探主要集中于正向构造的中—浅层（东营组为主），深层（沙河街组以下）见到了良好苗头，但一直未取得实质性进展（图 2）。

图 2

图 2 东部滩海地区地层综合柱状图 Fig. 2 Comprehensive stratigraphic column of eastern tidal zone

前期构造研究认识核心可归纳为：洼陷结构为双断地堑式或呈“V”形，燕南等控凹断裂长期继承性活动，控制油气藏类型及分布。本次研究在充分借鉴渤海湾盆地各坳陷地质认识基础上，针对深层开展新一轮地震资料目标处理，重新厘定了断裂体系及其控制下的构造样式，明确了形成演化机制，奠定了东部滩海成盆、成烃、成藏认识基础。

辽河坳陷东部滩海构造形成与演化主要经历了燕山、喜马拉雅两大阶段。前者早期发育一系列NE向东倾高角度正断层，控制了中生界的沉积；晚期左旋走滑，前期断层由正断层转为逆断层，基岩体内幕结构进一步改造，断块构造发育，造就了古近系沉积的基底地貌形态。后者同样具有早期拉张伸展、晚期走滑聚敛的演化过程。

新生代裂陷期（成盆期），区域性的拉张作用控制了断陷湖盆的形成，燕南断层强烈活动，洼陷区快速下陷，中心位于控洼陷断裂一侧，沉积巨厚的沙河街组，呈“东断西超”的箕状特征。新生代坳陷期，NNE向郯庐断裂带发生强烈的右旋走滑，东营组被挤压变形，燕山期断裂进一步活化，在基底卷入的作用下，发育了以葵荣断层为代表的派生逆冲断层，它们切割了燕南断层，燕南潜山带快速隆升，与葵花岛低潜山拆离，形成了由燕南断层和葵荣逆断层分界的高低两大潜山带。这一时期，燕南潜山带区域性抬升，构造形态进一步复杂化，沉积中心向西侧迁移，盖州滩洼陷沉积了较大规模的东营组，厚度远大于东部，形成了现今的构造面貌（图 3）。

图 3

图 3 东部滩海地区构造演化剖面（剖面位置见图 1） Fig. 3 Structural evolution profile of eastern tidal zone (section location is in Fig. 1)

东部滩海构造格局总体上受营口—佟二堡断裂控制，具有东西分带、南北分段（块）的特征，自东向西依次为燕南潜山带、葵花岛—太阳岛构造带、盖州滩—二界沟洼陷带、海月斜坡带4个次级构造单元（图 4）。燕东断层为营口—佟二堡断裂的主干走滑断层，是辽滨地堑与东部滩海的分界线（向海域和陆上分别为辽中凸起与辽东凹陷、东部凹陷与东部凸起分界），燕南断层、葵荣断层共同构成了葵花岛—太阳岛构造带与燕南潜山带的分带断层，两断层不同构造位置活动的差异性，造成葵花岛—太阳岛构造带隆鞍相间、形态各异的局部构造面貌，总体为一狭长的大型断裂鼻状构造带。前新生界基底断层的分隔作用在基岩内部形成叠瓦状构造，喜马拉雅晚期走滑断裂对深、浅层作用的差异性，造成坳陷层呈破碎严重的花状构造，裂陷层及基岩构造相对完整（图 5），有利于油气规模性聚集。

图 4

图 4 东部滩海地区构造单元分区图 Fig. 4 Division of structural units in eastern tidal zone

图 5

图 5 东部滩海地区Line2341地震剖面图（剖面位置见图 4） Fig. 5 Seismic profile of Line2341 in eastern tidal zone (section location is in Fig. 4) Ⅰ—海月斜坡带；Ⅱ—盖州滩—二界沟洼陷带；Ⅲ—太阳岛—葵花岛构造带；Ⅳ—燕南潜山带; Ⅴ—辽滨地堑。①燕东断层；②燕南断层；③葵荣断层；④盖州滩断层

综上所述，东部滩海受断坳两期断裂系统控制形成伸展、走滑两大构造体系，断陷期伸展拉张控制了深大箕状洼陷的形成，拗陷期走滑聚敛造成多级逆掩断层发育，具较好的封闭性，葵花岛—太阳岛构造带最终演变为低位基岩逆冲断阶山与盖层断裂背斜叠加的复合体，基岩及沙河街组具备形成规模油气藏的构造格局。

辽河坳陷东部滩海地区的油气源来自盖州滩、二界沟和驾掌寺三大生烃洼陷，烃源岩以沙三中下亚段暗色泥岩为主，沙三上亚段、沙一段、东营组次之。由于深层烃源岩经历了更为复杂的埋藏与热演化史^[11-16]，且钻井资料较少，其特征及生烃演化过程未形成量化认识，本文以深层为勘探目标，重点对沙三中下亚段烃源岩进行系统研究。

沙三中下亚段沉积时期，盖州滩洼陷、二界沟洼陷为统一的断陷湖盆，埋藏由北至南逐渐变深，最大埋深可达万米。原始湖盆的箕状特征控制了地层在近陡岸带一侧持续沉降，烃源岩厚度大，在盖州滩洼陷可达2200m，二界沟洼陷、驾掌寺洼陷次之。平面上，沙三中下亚段烃源岩面积约为1023km²，主体埋深大于4300m，研究区深层烃源岩具有“埋藏深、厚度大、面积广”的特点，可为油气成藏提供充足的资源基础。

月海1、月探1、大15、驾探1等井的岩心、岩屑资料系统分析结果表明，深层烃源岩主要为深灰色—灰色泥岩，TOC分布在0.5%~3.8%，平均为1.56%（106块样品），S₁+S₂分布在0.32~11.68mg/g，平均为3.09mg/g（90块样品），绝大部分达到好烃源岩标准。有机质类型以Ⅱ₂、Ⅲ型为主，有一定量的Ⅰ、Ⅱ₁型，为高丰度、偏腐殖型烃源岩。

干酪根镜检表明，深层烃源岩热演化程度较高，R_o普遍大于1%，洼陷中心更达到2.2%。纵向上，埋深2700m左右时，R_o达到0.5%，进入生烃门限；埋深4250m时，R_o达1.3%，进入气态窗，有机质开始热裂解生湿气；埋深超过5500m时，R_o大于2.0%，有机质演化进入过成熟阶段，开始高温裂解生干气，总体具有成熟油—热解气—裂解气演化序列。葵探1井中生界天然气族组分中甲烷含量高达98.39%，甲烷碳同位素重达-19.26‰（表 1）。另外，氢同位素为正序列，且族组分中只有少量乙烷、丙烷和微量H₂（He未检出），证实了辽河东部滩海深层发育高成熟—过成熟天然气资源。

表 1

表 1 葵探1井天然气族组分和碳同位素统计表 Table 1 Statistics of gas group composition and carbon isotope in Well Kuitan 1 层位 深度/m 族组分/% 碳同位素/‰ 甲烷 乙烷 丙烷 甲烷 乙烷 丙烷 E3s1 4123.55 95.14 3.99 0.75 -31.6 -20 -20 4294.3~4380.2 87.97 8.21 2.78 -32.70 -24.40 -21.60 E2s32+3 4540.9~4775.6 81.29 9.44 3.43 -30.55 -29.06 -24.95 Mz 5658~5835 98.39 0.24 0.01 -19.26 — —

表 1 葵探1井天然气族组分和碳同位素统计表 Table 1 Statistics of gas group composition and carbon isotope in Well Kuitan 1

通过生烃动力学方法，将实验室短时高温模型推演到长时低温的地质条件^[17-21]。以封闭体系下的加水热模拟实验，获取了2℃/h和20℃/h两种升温速率下、不同温度的有机质生烃产率数据。以此为基础，选用连串平行一级反应模型，拟合了有机质生烃反应中的指前因子和活化能等动力学参数，结合温压场特征，明确了Ⅱ₂、Ⅲ型烃源岩的生烃过程。结果表明，研究区烃源岩具有双峰式生烃特点：早期生油为主，距今39—37Ma开始、24Ma达到高峰，之后生油量明显降低，指示部分油裂解成气；晚期生气为主，24Ma之后进入大量生气阶段，目前接近最大生气量（图 6）。因此，深层具有干酪根热解、原油裂解两种成气方式。

图 6

图 6 东部滩海地区深层油、气生成模式图 Fig. 6 Oil and gas generation pattern in deep formation in eastern tidal zone

在上述研究的基础上，结合“五史”的盆地模拟，证实沙三中下亚段烃源岩生气强度为(20~260)×10⁸m³/km²。进一步通过区域类比确定排烃系数和聚集系数，计算出东部滩海天然气资源量为2334.54×10⁸m³，具有较雄厚的天然气成藏资源基础。

辽河东部滩海深层储集体可简单划分为中生界、古生界基岩和古近系碎屑岩两大类，由于经历了较为复杂的埋藏和热演化过程，附加以多期构造应力改造作用，其储层物性并非浅层的简单线性延续^[22-25]。基岩中的古生界以碳酸盐岩为主，溶蚀孔洞发育（图 7a），在裂缝沟通下储层更优，多口探井在钻探过程中存在钻井液大量漏失现象。中生界主要发育火成岩和碎屑岩，碎屑岩主要岩性为砂砾岩和角砾岩，受燕山早期区域拉张和晚期左旋走滑剪切作用改造，裂缝发育。新生代，又相继经历了裂陷期拉张、坳陷期右旋走滑构造作用，中生界储层被进一步改造，裂缝较古近系发育程度更高，有效地改善了储集性能（图 7b）。测井解释储层孔隙度为7.5%~15%，渗透率为0.5~5.7mD。

图 7

图 7 东部滩海地区不同储层储集空间类型 Fig. 7 Reservoir space types of various reservoirs in eastern tidal zone

古近系储集体多为近源快速堆积的近岸水下扇、扇三角洲沉积相砂砾岩，岩石类型以长石砂岩为主，长石含量高达38%（表 2）。前人研究证实，地层温度和压力分别达到150℃、43MPa时，长石溶蚀速率明显增大^[26]。温压场恢复研究证实，东二段沉积时期地温达到150℃，长石加速溶解；东营组沉积末期温度达到180℃，溶蚀程度达到最大，致使4100m以下溶蚀孔洞发育，实测孔隙度仍可达13%（图 7c）。同时，新生代的断坳两期构造活动形成多期裂缝，深层储层具有孔隙（原生粒间孔、溶蚀孔）和裂缝双重介质（图 7d）。

表 2

表 2 葵探1井沙三上亚段全岩分析数据表 Table 2 Bulk rock analysis results of the upper part of the third member of Shahejie Formation in Well Kuitan 1 深度/m 黏土矿物/% 石英/% 钾长石/% 斜长石/% 方解石/% 4174.93 3.8 56.8 7.2 29.8 1.2 4178.60 5.2 55.1 3.1 36.3 0.4 4180.17 4.1 57 38.2

表 2 葵探1井沙三上亚段全岩分析数据表 Table 2 Bulk rock analysis results of the upper part of the third member of Shahejie Formation in Well Kuitan 1

综上所述，因具备“高温、高压、高长石含量和多期应力改造”等独特的内外因地质条件，导致5000m以深储层孔隙度仍可达15%（测井解释），裂缝发育程度高，连通性更优，完全满足天然气充注下限条件（模拟证实本区物性下限孔隙度约为6%）。另外，经构造及岩相古地理研究，落实基岩和古近系碎屑岩储集体规模分别达460km²、290km²，具有大规模天然气聚集的储层空间。

东部滩海经历多期强烈的构造运动，许多专家学者将保存条件视为该区能否成藏的关键问题。位于燕南高潜山的燕古1、燕南1等井的失利，更致使形成了该区深层保存条件差的认识，严重影响了勘探进程。本文从纵向盖层和侧向封堵两方面条件进行了分析：纵向上，自下而上发育沙三段、沙一段及东二段3套区域性泥岩，其中，沙三上亚段厚达200m，且坳陷期断层大多仅断至东三段之上，上述泥岩层均可成为深层天然气成藏的有效盖层。侧向上，新生代坳陷期走滑聚敛造成多级逆掩断层发育，基岩构造雁列右阶成带，块体内部形成多个挤压面，利于油气封堵。地层水性质可证实上述分析的正确性：钠氯系数（r_Na⁺/r_Cl^-）和脱硫酸系数[(r_SO4^2-×10²)/r_Cl^-]是地层水环境（氧化—还原）的重要指标，当钠氯系数小于0.88、脱硫酸系数小于1时，地层的封闭程度好^[27]。燕南高潜山古生界地层水的钠氯系数和脱硫酸系数均较低，封闭性相对较好（表 3）。同时，压力场恢复和葵探1井实测资料证实，研究区3600m以下压力系数达1.3，进一步说明葵花岛—太阳岛构造带深层具备很好的保存条件。

表 3

表 3 东部滩海地区古生界水性分析表 Table 3 Analysis results of water samples in the Paleozoic in eastern tidal zone 井号 井段/m K++Na+/(mg·L-1） SO42-/(mg·L-1） Cl-/(mg·L-1） rNa+/rCl- (rSO42-×102)/rCl- 燕南1 1902.4~1918 3210.8 4.8 3616.9 0.87 0.13 燕古1 1851.3~1872.8 4678.2 42.27 6239.2 0.75 0.68

表 3 东部滩海地区古生界水性分析表 Table 3 Analysis results of water samples in the Paleozoic in eastern tidal zone

流体包裹体和埋藏史分析证实，研究区主要有两期幕式成藏：早期均一温度在110~115℃之间，成藏时间在距今30—25Ma，为东营组沉积末期，烃源岩以生油为主，断层活动性强，在断层的纵向输导作用下于中浅层富集，多为构造型油气藏；晚期均一温度在125~140℃之间（图 8），成藏时间在10Ma至今，为馆陶组—明化镇组沉积时期，是构造运动的弱势期，烃源岩以生气为主，为独立的“流体封存箱”（图 9），控制着油气的生成、运移和聚集^[28-30]。流体封存箱顶板为东二段、沙三上亚段最大湖泛面泥岩，底板为古近系底界致密泥岩，右侧板为陡岸带葵荣逆断层形成的挤压面，左侧板为缓坡带盖州滩断层对接的挤压面。顶底板控制了油气纵向分布，在源内、源边多层系立体成藏；侧板控制了横向上油气富集程度，近油源充注程度高。沙三段烃源岩具有沉积速度快、连续沉积厚度大、有机质含量高等特点，同时地温梯度高、热流值高，在压实不均衡和生烃作用的双向增压作用下，流体封存箱内部发育异常高压。压力场恢复结果表明，其内部最大压力系数可达1.8以上，葵探1井中生界压力系数可达1.65，也进一步证实了异常高压带的存在。

图 8

图 8 东部滩海地区包裹体均一温度分布图 Fig. 8 Distribution of homogenization temperature of inclusions in eastern tidal zone

图 9

图 9 东部滩海地区成藏模式图（剖面位置见图 4） Fig. 9 Hydrocarbon accumulation pattern in eastern tidal zone (section location is in Fig. 4)

按源储配置关系，研究区气藏类型可划分为源内自生自储和源边旁生侧储两种。前者主要为沙河街组的构造—岩性气藏，裂陷期拉张伸展导致碎屑岩源储一体，为原生高成熟天然气藏。后者主要为前古近系的基岩气藏，烃源岩与储层直接对接，近源充注程度高。研究区深层构造相对完整、圈闭规模大，保存条件优越，是寻找大中型气藏的有利区。

原始湖盆结构、烃源岩和侧向封堵断层共同控制了研究区深层天然气的分布。东部滩海裂陷期为东断西超的箕状结构，烃源岩在近陡岸带一侧持续沉积，天然气大量生成时地势东高西低，受主力烃源灶控制，陡岸带为主要汇聚区，发育源内超压孔隙—裂缝型岩性气藏和源边超压裂缝型构造气藏，洼陷区主要为源内超压孔隙—裂缝型岩性气藏。同时，干酪根热解和液态烃裂解两种成气时间均在东营组沉积之后，此期间深层断裂活动趋于停止，侧向封堵断层（葵荣断层）控制了天然气的富集，主要集中在断层以内的中低断阶，受多级逆断层的侧向封控，油气充注程度随源距增加而降低。

葵探1井在埋深和层位两个层次概念实现了深层—超深层天然气的突破与发现，显现了其重要的实践与地质理论意义。

第一，在辽河坳陷首次实现了整装天然气储量区带的发现。葵花岛—太阳岛构造带整体受燕南断层、葵荣断层控制的大型鼻状构造单元，东三段以下的油气藏为典型的构造—岩性型。通过气藏地质参数的准确厘定，以海域经济下限为约束，分J₃xd^下、E₂s₃、E₂s₁、E₃d₃共4个计算单元，确定葵探1区块叠合含气面积为50.2km²，依据《石油天然气储量估算规范》，落实天然气预测地质储量505.94×10⁸m³。结合区域成藏条件，分别落实中生界、沙三段有利圈闭面积141km²、260km²，葵花岛—太阳岛构造带的整体区带资源量可达近千亿立方米，显现了大中型天然气田的地质储量规模，对于支撑主体有效探矿权面积仅为7000km²的辽河油田实现千万吨稳产将产生积极影响。

第二，对辽河坳陷深层—超深层天然气勘探具有推动和借鉴作用。据第四次资源评价，辽河坳陷深层领域剩余资源量近9×10⁸t油当量。葵探1井天然气产能下限达5835m，将辽河坳陷的勘探下限拓深近800m。该井为高成熟探区实现新突破提供了成功案例，有力推动了深层—超深层勘探进程，将对辽河油区的稳定发展发挥重要作用。

第三，深化了断陷湖盆深层天然气成藏地质认识。葵探1井取心及测井、录井综合解释结果证实，深层储层发育孔隙、裂缝双重介质，5000m以深孔隙度最高可达15%以上，表明断陷湖盆深层—超深层仍可发育优质储层。地温梯度高的含油气盆地中纵向封闭条件好的区域为深层天然气的有利成藏区带，对中国东部断陷盆地深层勘探具有理论性指导意义。

（1）辽河坳陷东部滩海总体上受断陷、坳陷两期断裂系统控制，断陷期（沙三段—沙一段沉积时期）拉张伸展控制了深大洼陷的形成，坳陷期（东营组沉积时期）走滑聚敛造成多级逆断层反转活化，基岩、沙河街组及东三下亚段具备形成规模天然气藏的构造背景。

（2）研究区深层烃源岩规模发育，有机质丰度高、偏腐殖型，为成熟—高成熟烃源岩，距今24Ma后进入大量生气阶段，目前接近最大生气量，演化序列完整，资源量为2334.54×10⁸m³，深层天然气资源丰富。

（3）研究区深层资源类型以天然气为主，纵向封盖、侧向封堵双因素耦合，以独立的“流体封存箱”式成藏，具有源内自生自储和源边旁生侧储两种天然气运聚模式，原始湖盆结构、烃源灶和侧向封堵断层控制了天然气的分布。葵探1井发现深层—超深层天然气富集区，对推动辽河坳陷深层天然气勘探将产生重要作用。